(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ビームを走査して被検体内からの反射信号を収集する超音波プローブと、
心拍の周期ごとに出力されるトリガ信号を入力し、前記被検体の所望の診断領域を所定数に分割した分割領域の１つに対して、前記トリガ信号から次のトリガ信号までの間、前記超音波ビームを複数回の繰り返し走査させる一方、前記トリガ信号の入力に応じて前記繰り返し走査の対象とする分割領域を順次変えつつ、前記複数回の繰り返し走査を行う走査制御部と、
前記走査に基づいて収集された反射信号を、前記分割領域ごとにサブボリュームとして画像表示用データに変換し、前記診断領域全体を複数回走査する走査期間分の前記画像表示用データを記憶する記憶部と、
前記走査期間分に亘る前記画像表示用データに対して、取得した時間順を除く結合指標値を前記サブボリュームごとに設定し、前記結像指標値及び前記サブボリュームの配列順序に基づいて選択した前記サブボリュームをつなぎ合わせ前記診断領域全体の画像を生成し更新する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記結合指標値はトリガ信号の周期であり、
前記画像生成部は、前記トリガ信号の周期が略同一の前記サブボリュームを前記配列順序に従って選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記結合指標値は前記トリガ信号毎に行われる繰り返し走査の数であり、
前記画像生成部は、前記トリガ信号毎に行われる繰り返し走査の数が略同一の前記サブボリュームを前記配列順序に従って選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記結合指標値は隣接する分割領域の空間的相関性であり、
前記画像生成部は、前記隣接する分割領域の空間的相関性の高い前記サブボリュームを前記配列順序に従って選択する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記画像生成部は、
前記配列順序に従って前記サブボリュームを選択するとき、つなぎ目両側の画素の画素レベルの差が所定値以下の場合に前記空間的相関性が高いと判断する、
ことを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記画像生成部は、
配列される夫々のサブボリュームにおける繰り返し走査数が異なる場合には、これらの中で最も少ない繰り返し走査数を前記夫々のサブボリュームにおける最大繰り返し走査数として前記診断領域全体の画像を生成し更新する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記画像生成部は、
配列される夫々のサブボリュームにおける繰り返し走査数が異なる場合には、これらの中で最も多い繰り返し走査数を前記夫々のサブボリュームにおける最大繰り返し走査数とすると共に、前記最大繰り返し走査数よりも少ない繰り返し走査数のサブボリュームでは最後の繰り返し走査で得られた画像表示用データを用いて前記最大繰り返し走査数に対する不足分を補充し、前記診断領域全体の画像を生成し更新する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記画像生成部は、
前記記憶部に記憶された前記画像表示用データから平均繰り返し走査数を算出し、
前記平均繰り返し走査数以下の繰り返し走査数のサブボリュームでは最後の繰り返し走査で得られた画像表示用データを用いて前記平均繰り返し走査数に対する不足分を補充する一方、前記平均繰り返し走査数を超える繰り返し走査数のサブボリュームでは、超えた繰り返し走査に対応する画像表示用データを使用しないものとし、前記各分割領域における前記平均繰り返し走査数の画像表示用データを用いて、前記診断領域全体の画像を生成し更新する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記画像生成部は、
空間的な配列順序が同じであっても、取得された時間帯が異なるサブボリュームを配列した複数の前記診断領域全体の画像を生成し更新する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記診断領域全体の画像を表示する表示部をさらに備え、
前記表示部には、前記複数の前記診断領域全体の画像が並べて表示される、
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記診断領域全体の画像を表示する表示部をさらに備え、
前記表示部には、前記複数の前記診断領域全体の画像が所定の表示周期で切り替えられて表示される、
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記画像生成部は、
空間的な配列位置が同じ複数のサブボリュームの中から所望のサブボリュームを選択することができる、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
（ａ）超音波ビームを走査して被検体内からの反射信号を収集し、
（ｂ）心拍の周期ごとに出力されるトリガ信号を入力し、
（ｃ）前記被検体の所望の診断領域を所定数に分割した分割領域の１つに対して、前記トリガ信号から次のトリガ信号までの間、前記超音波ビームを複数回の繰り返し走査する一方、前記トリガ信号の入力に応じて前記繰り返し走査の対象とする分割領域を順次変えつつ、前記複数回の繰り返し走査を行い、
（ｄ）前記走査に基づいて収集された反射信号を、前記分割領域ごとにサブボリュームとして画像表示用データに変換し、前記診断領域全体を複数回走査する走査期間分の前記画像表示用データを記憶し、
（ｅ）前記走査期間分に亘る前記画像表示用データに対して、取得した時間順を除く結合指標値を前記サブボリュームごとに設定し、前記結合指標値及び前記サブボリュームの配列順序に基づいて選択した前記サブボリュームをつなぎ合わせ前記診断領域全体の画像を生成し更新する、
ステップを備えたことを特徴とする超音波診断装置の制御方法。
【請求項１４】
前記結合指標値はトリガ信号の周期であり、
ステップ（ｅ）では、前記トリガ信号の周期が略同一の前記サブボリュームを前記配列順序に従って選択する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１５】
前記結合指標値は前記トリガ信号毎に行われる繰り返し走査の数であり、
ステップ（ｅ）では、前記トリガ信号毎に行われる繰り返し走査の数が略同一の前記サブボリュームを前記配列順序に従って選択する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１６】
前記結合指標値は隣接する分割領域の空間的相関性であり、
ステップ（ｅ）では、前記隣接する分割領域の空間的相関性の高い前記サブボリュームを前記配列順序に従って選択する、
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１７】
ステップ（ｅ）では、
前記配列順序に従って前記サブボリュームを選択するとき、つなぎ目両側の画素の画素レベルの差が所定値以下の場合に前記空間的相関性が高いと判断する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１８】
前記画像生成部は、取得した時間順に拘束されることなく前記サブボリュームを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置、及びその制御方法に係り、特に、心電信号等から生成されるトリガ信号を用いて被検体内を超音波で３次元走査を行う超音波診断装置、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３次元画像を動画として表示することが可能な超音波診断装置の開発が急速に進められてきており、従来の２次元画像に比べると高分解能で広範囲の診断画像を表示することが可能となってきている。
【０００３】
しかしながら、超音波診断装置は生体内を伝播する超音波を利用して診断画像を生成するため、超音波パルスの送信後、生体内からの反射波が受信されるまでの時間は３次元超音波診断装置であっても２次元超音波診断装置と基本的には同じである。従って、生体内の３次元空間範囲を高い分解能で走査しようとすると、走査ビームのビームポジション数は多くなり、所定範囲の走査に要する時間は２次元超音波診断装置よりも３次元超音波診断装置の方が一般的には長くなる。つまり、同じ空間分解能を仮定すると、３次元超音波装置で得られる３次元画像のフレームレート（３次元画像の更新周波数）は２次元超音波診断装置で得られる２次元画像のフレームレートに比べると原理的には低くなる。
【０００４】
この問題を解決するため従来から種々の手法が検討されていきている（特許文献１、特許文献２等）。基本的な考え方は、診断対象となる全範囲（以下、フルボリュームという）を複数の小領域（以下、サブボリュームという）に分割し、サブボリュームの３次元空間を高いフレームレートで走査した画像データをつなぎ合わせてフルボリュームの３次元画像を得るというものである。この方法では、サブボリュームの観測時刻はサブボリューム毎に異なるため、サブボリュームのつなぎ合わせに関しては空間的な連続性を確保することが重要となる。
【０００５】
一方、診断部位によっては、呼吸や心臓の鼓動によってその診断対象部位は変動する。このため、例えば特許文献１等には、心臓の動きに同期してサブボリューム内の複数の画像データを取得する技術が開示されている。特許文献１等が開示する技術は、心臓の３次元画像を動画としてリアルタイムで生成する技術に関するものであり、概略次のような技術である。
【０００６】
心臓の動きに同期した信号として、心電図の信号、即ちＥＣＧ（ElectroCardioGram）信号を用いている。より具体的には、心臓の拡張末期に発生するＲ波信号をＥＣＧトリガ信号として用いている。
【０００７】
観測したい心臓の３次元領域全体（フルボリューム）を４つのサブボリュームに分割し、サブボリューム毎に上記のＥＣＧトリガ信号に同期したタイミングで１心拍分の画像データを収集する。この１心拍分の画像データは複数のフレーム画像からなるものである。例えば、１心拍あたり（ＥＣＧトリガ信号の１周期あたり）同一のサブボリュームを２０回繰り返し走査することにより、同一のサブボリュームで２０枚のフレーム画像が収集される。この場合、心拍の周期を仮に１秒とすると、サブボリューム毎に得られる画像データのフレームレートは２０fps(frames per second)となり、心臓の動きを動画として捉えるのにほぼ十分な値となる。
【０００８】
一方、各サブボリュームで得られる画像データをつなぎ合わせてフルボリュームの画像データを合成する際には、サブボリュームで得られる複数のフレーム画像の中から同じ「時相」のフレーム画像を夫々のサブボリュームから抽出してつなぎ合わせてフルボリュームのフレーム画像を生成する。ここで、「時相」とは、ＥＣＧトリガ信号の発生時刻を基準とした遅延量のことである。通常心臓の収縮や拡張の動きはＥＣＧトリガ信号に同期して周期性をもった動きとなる。従って、同じ「時相」のフレーム画像を夫々のサブボリュームから抽出しこれらをつなぎ合わせればサブボリューム間の空間的連続性はほぼ確保される。実際には、ＥＣＧトリガ信号に近い方から繰り返し走査の順に「時相番号」を割り付け、同じ「時相番号」の走査から得られたフレーム画像をつなぎ合わせてフルボリュームの画像を合成する。例えば、フルボリュームを４つのサブボリュームＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤに分割し、各サブボリュームの繰り返し走査が２０回行われる場合は、「時相番号０」から「時相番号１９」までの２０枚のフレーム画像がサブボリューム毎に得られる。そして、同じ「時相番号」のフレーム画像をサブボリュームＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤから抽出しつなぎ合わせることにより、その「時相番号」に対応するフルボリュームの画像が合成される。このつなぎ合わせは「時相番号」毎に行われ、「時相番号０」から「時相番号１９」までのフルボリューム画像が合成される。この結果、つなぎ合わされたフルボリュームのフレーム画像の数もＥＣＧトリガ信号あたり例えば２０枚となり、フルボリューム画像のフレームレートは、サブボリュームのフレームレートと同じ値となる。即ち、例えば２０fpsのフレームレートを有するフルボリュームの動画を生成することができる。
【特許文献１】米国特許第６，５４４，１７５号明細書
【特許文献２】特開２００７−２０９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、特許文献１等が開示する従来技術では、ＥＣＧトリガ信号毎に１つのサブボリューム内を複数回繰り返し走査しており、１回の走査で１つのフレーム画像（サブボリュームのフレーム画像）を得ている。ここで、サブボリューム内の繰り返し走査数は、３次元画像による診断を開始する前に、ＥＣＧトリガ信号の周期から予め決定している。
【００１０】
しかしながら、人間の心拍周期は必ずしも一定ではなく、健常な人間でも１０％程度は変動するといわれている。不整脈等の疾患を持つ患者の場合にはさらのその変動量は大きくなる。従ってＥＣＧトリガ信号の周期も心拍周期の変動に伴って一定とはならない。
【００１１】
この結果、診断開始前に決定したサブボリューム内の繰り返し走査数は必ずしも一定とはならない。例えば、診断開始前に決定したサブボリューム内の繰り返し走査数Ｎが２０であったとしても、実際に診断を開始すると心拍周期の変動によっては、繰り返し走査数Ｎが１８に減少したり、２２に増加したりして変動する。このため、同じ時相番号のフレーム画像をつなぎ合わせようとしてもその時相番号に該当する走査データが取得できていないサブボリュームが存在しうる。
【００１２】
例えば、サブボリュームＡの走査期間では心拍周期が短く時相番号１８までしか走査データを取得できず、その後心拍周期が延びて残りのサブボリュームＢ、Ｃ、Ｄでは時相番号２０までの走査データが取得できたとする。この場合、時相番号１９や２０のフレーム画像をつなぎ合わせフルボリューム画像を合成したとしても、サブボリュームＡに関しては時相番号１９や２０のフレーム画像が存在しないため、フルボリューム全体としての空間的な連続性が確保できなくなってしまう。また、サブボリュームＡに着目した場合、心拍周期が変動することにより取得できる最大の時相番号が変動し、あるときは時相番号１８までしか走査データを取得できず、あるときは時相番号２０までの走査データが取得されるという事象が発生しうる。この結果、動画として見たときサブボリュームＡについては時間的な連続性も確保できなくなってしまう。
【００１３】
このように、特許文献１等が開示する従来技術では心拍周期の変動に起因して、空間的或いは時間的な連続性が確保できなくなり不連続で見づらい画像となり、ひいては画像診断を行う上で支障をきたす場合があった。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、心拍周期の変動があったとしても合成画像の空間的時間的な不連続性を防止或いは低減することができる超音波診断装置、及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明に係る超音波診断装置は、超音波ビームを走査して被検体内からの反射信号を収集する超音波プローブと、心拍の周期ごとに出力されるトリガ信号を入力し、前記被検体の所望の診断領域を所定数に分割した分割領域の１つに対して、前記トリガ信号から次のトリガ信号までの間、前記超音波ビームを複数回の繰り返し走査させる一方、前記トリガ信号の入力に応じて前記繰り返し走査の対象とする分割領域を順次変えつつ、前記複数回の繰り返し走査を行う走査制御部と、前記走査に基づいて収集された反射信号を、前記分割領域ごとにサブボリュームとして画像表示用データに変換し、前記診断領域全体を複数回走査する走査期間分の前記画像表示用データを記憶する記憶部と、前記走査期間分に亘る前記画像表示用データに対して、取得した時間順を除く結合指標値を前記サブボリュームごとに設定し、前記結像指標値及び前記サブボリュームの配列順序に基づいて選択した前記サブボリュームをつなぎ合わせ前記診断領域全体の画像を生成し更新する画像生成部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る超音波診断装置、及びその制御方法によれば、心拍周期の変動があったとしても合成画像の空間的時間的な不連続性を防止或いは低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る超音波診断装置、及びその制御方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１９】
（１）全般及び構成
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１による超音波ビームの走査状況を模式的に示す図である。超音波診断装置１は、複数の超音波振動子１１が２次元配列された超音波プローブ１０によって細い超音波ビームを形成している。この超音波ビームを被検体の所望の診断領域にむけて放射し、診断領域の範囲を主走査方向及び副走査方向に電子的に走査している。診断領域の反射信号からは、主走査方向、副走査方向、及び距離方向の３次元情報が得られる。
【００２０】
超音波振動子が１次元に配列されている従来の１次元超音波プローブの走査範囲が平面状の範囲となるのに対して、本実施形態のような２次元超音波プローブ１０の走査範囲は３次元の立体範囲となる。また、細いビーム幅の超音波ビームを走査しているため、より広い範囲の診断領域から高い分解能の３次元情報を取得することが可能となる。取得された３次元情報から任意の方向から見た３次元画像や、任意の断面で切り取った断面画像を生成することができる。
【００２１】
一方、超音波ビームを主走査方向と副走査方向に走査しているため、診断領域全体（フルボリューム）を走査するビームポジション数は平面状の走査範囲に対して非常に増加する。この結果、単純にフルボリュームの範囲を端から端まで順に走査すると、フルボリュームを１回走査する時間は増加する。このため、フルボリューム画像のフレームレートは低くなる。
【００２２】
そこで、前述したように、本実施形態に係る超音波診断装置１では、フルボリュームを複数の（例えば４つの）サブボリュームに分割し、夫々のサブボリュームを高いフレームレート（例えば２０ｆｐｓ）で走査し、夫々のサブボリュームから得られたフレーム画像を合わせてつなぎ合わせ、フルボリュームのフレーム画像を合成する方法を採用している。フルボリューム画像のフレームレートもサブボリュームのフレームレートと同じ高いフレームレート（例えば２０ｆｐｓ）が実現できるため、心臓のような動きのある診断領域に対してもリアルタイムで３次元の動画を生成することが可能となる。
【００２３】
図２は、超音波診断装置１の構成例を示すブロック図である。超音波診断装置１は、例えば、超音波プローブ１０、送受信部２０、信号処理部３０、画像生成部４０、表示部５０、システム制御部６０、走査制御部７０、操作部８０、心電計１００等を備えて構成されている。
【００２４】
超音波プローブ１０は、格子状に配列された複数の超音波振動子１１を具備しており、送受信部２０の送信部２１から出力される送信パルス信号に基づいて超音波パルスを生成し、被検体に向けて送信する。また、被検体から反射されてきた超音波反射信号を電気信号に変換し、送受信部２０の受信部２２に出力する。さらに、走査制御部７０から出力されるビーム走査制御信号に基づいて超音波ビームを主走査方向及び副走査方向に走査する。
【００２５】
送受信部２０の送信部２１では、走査制御部７０で生成されるタイミング信号基づいて各超音波振動子１１に供給する送信パルスを生成する。また、同じく走査制御部７０で生成されたとビーム走査制御信号に基づいて送信用の超音波ビームの走査方向を定めるために各送信パルスの遅延量等を設定する。
【００２６】
送受信部２０の受信部２２では、各超音波振動子１１から出力される被検体からの反射信号を増幅しアナログ信号からデジタル信号に変換する。また、走査制御部７０で生成されたとビーム走査制御信号に基づき、受信用の超音波ビームの走査方向を決定するための遅延量を各超音波振動子１１の反射信号に設定したのち加算し、加算された信号をビーム形成された反射信号として信号処理部３０に出力する。
【００２７】
信号処理部３０では、受信部２２から出力された反射信号に対してフィルタリング処理等の信号処理を施し、画像生成部４０に出力する。
【００２８】
画像生成部４０は、その内部構成として記憶部４１を有している。画像生成部４０では、信号処理された反射信号を変換してサブボリューム画像（画像表示用データ）を生成し、生成されたサブボリューム画像は順次記憶部４１に一時的に記憶される。記憶部４１は、フルボリューム全体を複数回以上（例えば４回以上）走査する期間分の画像表示用データを記憶する記憶容量を持っている。
【００２９】
本実施形態に係る超音波診断装置１では、記憶部４１に記憶されたサブボリューム画像からフルボリュームの３次元画像データを合成する処理を行っている。このとき、記憶部４１に記憶される順序、即ち走査の時間的な順序に拘束されることなく、同一サブボリュームに対応する複数のサブボリューム画像の中から、フルボリューム画像を合成したときに空間的連続性が高くなるようなサブボリューム画像を選択するようにしている。細部については後述する。
【００３０】
さらに、画像生成部４０では、合成されたフルボリュームの３次元画像データに対してレンダリング処理等を行い、任意の角度から眺めた３次元画像や、任意の面で切断した断面画像等を生成し表示部５０に出力する。３次元画像データは、例えば２０ｆｐｓのフレームタイム毎に更新される動画を提供することが可能である。診断中に動画をリアルタイムで表示部５０に出力することが可能であるが、画像データを一旦適宜のメモリに保存し、診断後にオフラインで動画を出力したり、動画の一部を切り出して静止画を出力したりすることも可能である。
【００３１】
表示部５０は、例えば液晶ディスプレイ装置等で構成される表示デバイスであり、画像生成部４０から出力される画像を表示する。
【００３２】
操作部８０は、所謂マンマシンインターフェースであり、超音波診断装置１に対して各種の診断モードや診断モードに付随する各種のパラメータを設定することができる。本実施形態に係る超音波診断装置１は、ＥＣＧトリガ信号に基づいて鼓動する心臓の動きを３次元の動画画像として表示することができる診断モード（以下、トリガード３次元診断モードという）を特徴とするものであるが、この他従来からある２次元診断モードでも動作可能である。これらの診断モードの設定や切り替えは操作部８０を介して行われる。
【００３３】
システム制御部６０では、操作部８０で設定された診断モードや各種パラメータに基づいて、超音波診断装置１の全体の制御を行っている。
【００３４】
走査制御部７０では、診断モードに応じた超音波ビームのビームマネージメントと送受信のタイムマネージメントを行っている。特に、トリガード３次元診断モードでは、心電計１００から出力されるＥＣＧ信号（Ｒ波）からトリガ信号を生成し、このトリガ信号に同期させてサブボリューム毎のビーム走査位置（主走査方向及び副走査方向）やサブボリューム内の繰り返し走査に関する諸元を決定し、送受信部２０や画像生成部４０に出力している。また、超音波ビームの送信パルス繰り返し周波数（ｐｒｆ：pulse  repetition  frequency）等の送信パルス諸元を決定し、送信パルス諸元に基づく各種タイミング信号も走査制御部７０で生成している。
【００３５】
（２）トリガード３次元診断モードの動作
上記のように構成された超音波診断装置１の動作、特にトリガード３次元診断モードの動作について説明する。
【００３６】
図３は、トリガード３次元診断モードの動作原理を説明する図であり、例えば特許文献１等に開示されている技術である。トリガード３次元診断モードは、主に心臓を診断対象とするものであり、鼓動によって変化する心臓の動きを３次元の動画画像として表示する診断モードである。トリガード３次元診断モードでは、患者の心臓の鼓動に応じて変化する心電図信号（ＥＣＧ信号）を心電計１００から入力し、ＥＣＧトリガ信号と呼ばれるパルス信号を生成する。ＥＣＧ信号としては、心臓の拡張末期近傍で出力されるパルス状のＲ波の信号（図３（ａ）参照）が多く用いられている。このＥＣＧ信号を走査制御部７０に入力し、適宜の閾値を適用してＥＣＧトリガ信号を生成する（図３（ｂ）参照）。ＥＣＧトリガ信号は鼓動に同期した信号であり、心拍が１秒間に６０回の場合ＥＣＧトリガ信号の周期は１秒となる。
【００３７】
トリガード３次元診断モードでは、診断領域の全体（フルボリューム）を複数のサブボリューム（分割領域）に分割し、各サブボリュームをＥＣＧトリガ信号毎に走査している。例えば、図３（ｆ）に例示したように、フルボリュームを４つのサブボリュームＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤに分割する。そして、ＥＣＧトリガ信号のトリガ０、１、２、３の入力に応じてサブボリュームＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤの順に走査していく。
【００３８】
このとき、各サブボリュームに対して１回だけ走査するのではなく、複数回（Ｎ回）繰り返して走査を行う。図３は、４回（Ｎ＝４）の繰り返し走査を行っている例を示している。各サブボリュームに対する１回の走査時間Ｔは後述するように動画のフレーム時間（フレームレートの逆数）に対応することになるため、滑らかな動きの動画を得るためには例えば５０ms（＝１／２０fps）前後、或いはそれ以下が好ましい。ＥＣＧトリガ信号の周期を１秒、また１回の走査時間を上記の５０msと仮定すると、サブボリューム毎の繰り返し走査数Ｎは２０となる。図３は、説明の便宜上、サブボリューム毎の繰り返し走査数Ｎを４とした場合の例を示している。
【００３９】
同じサブボリュームを繰り返し走査している場合であっても、心臓は周期的に鼓動しているため、ＥＣＧトリガからの遅延時間、即ち時相が異なれば各繰り返し走査から生成される画像データは異なったものとなる。
【００４０】
図３（ｃ）に示す時相番号は、時相を１回の走査時間の単位で区分し、ＥＣＧトリガ信号に近い方から「０」、「１」、「２」、「３」と番号付けしたものである。図３（ｄ）は、この時相番号「０」、「１」、「２」、及び「３」と、サブボリュームＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤとを「Ａ０」〜「Ａ３」、「Ｂ０」〜「Ｂ３」、「Ｃ０」〜「Ｃ３」、「Ｄ０」〜「Ｄ３」のように関連付けて超音波ビームの走査順序を時系列に並べたものである。
【００４１】
信号処理部３０からは、信号処理された被検体からの反射信号がこの走査順序に応じてリアルタイムで画像生成部４０に出力される。
【００４２】
図３（ｅ）は、画像生成部４０で行われるフルボリュームの合成方法を示す図である。図３（ｅ）は、従来のトリガード３次元診断モードにおいて一般的に行われている合成方法を示すものである。本実施形態に係る超音波診断装置１では、後述するように、この合成方法を改善するものであるが、ここではまず、従来から行われている一般的な合成方法の概念について説明する。
【００４３】
画像生成部４０では、時相番号で識別された各サブボリュームのデータから同じ時相番号のデータを抽出し、サブボリュームＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤでつなぎ合わせて合成する。同じ時相番号のサブボリュームデータであっても、実際にはそれらが取得された時刻はＥＣＧトリガ信号の周期分ずつ夫々異なっている。しかしながら、心臓の形状の変化はＥＣＧトリガ信号の周期と同じ周期性を有していると考えられるため、同じ時相番号のサブボリュームをつなぎ合わせて得られるフルボリューム画像の空間的な連続性はほぼ確保されることになる。
【００４４】
時相番号０に対応するサブボリューム「Ｄ０」のデータが取得された時刻には、既にサブボリューム「Ａ０」、「Ｂ０」、「Ｃ０」のデータは取得済みであり、この段階で時相番号０に対応するフルボリュームの画像が生成される。
【００４５】
次に、時相番号１に対応するサブボリューム「Ｄ１」のデータが取得された時刻には、既にサブボリューム「Ａ１」、「Ｂ１」、「Ｃ１」のデータは取得済みであり、時相番号１に対応するフルボリュームの画像が生成される。以下同様にして、時相番号２及び３のフルボリュームの画像がされる。
【００４６】
サブボリュームＤの走査「Ｄ３」が終了すると、サブボリュームＡに戻って走査が行われる。このとき、最初に得られる走査データ「Ａ０」は、１つ前に生成されていた時相番号０のフルボリュームデータの「Ａ０」と置換され、新たな時相番号０のフルボリューム画像が更新されることになる。
【００４７】
このように、フルボリューム画像は、サブボリューム毎の１回の走査時間Ｔの単位で生成され、或いは更新されることになる。
【００４８】
このことは、フルボリューム全体の走査時間が実際には長くても、あたかもサブボリューム１回の走査時間でフルボリューム全体を走査したかのごとく見せることができることを意味している。つまり、サブボリューム画像のフレームレートとフルボリューム画像のフレームレートとを擬似的に同一にすることができることを意味している。
【００４９】
例えば、通常の方法ではフルボリューム画像のフレームレートが走査時間の制約から５ｆｐｓしか達成できないとする。この場合であっても、フルボリュームを４つのサブボリュームに分割することにより、各サブボリュームの走査時間はフルボリュームの１／４となり、サブボリューム画像のフレームレートとしては４倍の２０ｆｐｓが得られる。トリガード３次元診断モードでは、サブボリューム画像のフレームレートがそのままフルボリューム画像のフレームレートとなるため、通常の方法に比べると４倍も高いフレームレートが得られることになる。
【００５０】
このように、トリガード３次元診断モードは広い３次元診断領域に対しても高い分解能の画像が高いフレームレートで得られるため、心臓のような動きのある診断対象に対してもリアルタイムの動画を生成することが可能である。
【００５１】
ところで、一般に人間の心拍の周期は必ずしも一定ではない。健常な人でも１０％程度の心拍周期の変動があると言われている。心臓に疾患をもつ患者の場合はさらに心拍周期の変動は大きくなる。
【００５２】
前述したように、心拍周期の変動が大きくなると、時相番号の大きなサブボリューム画像（ＥＣＧトリガ信号の直前に近い時相のサブボリューム画像）に関しては、同じ時相番号のサブボリューム画像をつなぎ合わせてフルボリューム画像を合成しようとしても同じ時相番号が揃わない可能性がある。
【００５３】
また、取得時刻が異なっても同じ時相番号のサブボリューム画像をつなぎ合わせることによってフルボリューム画像の空間的な連続性が確保できるためには、各サブボリューム画像取得時の心拍周期がほぼ一定であるという前提が必要である。従って、仮に同じ時相番号のサブボリューム画像が揃ったとしても、各サブボリューム画像取得時の心拍周期が夫々大きく異なっていると、合成したときにフルボリューム画像の空間的な連続性が保てなくなる。心拍周期が夫々大きく異なっていると、同じ時相番号であっても心臓の収縮や拡張の状態が夫々のサブボリュームで異なってくるからである。
【００５４】
（３）フルボリューム画像の合成方法（第１の方法）
上記の問題を解決するため、本実施形態に係る超音波診断装置１では、フルボリュームを複数回走査する期間分のサブボリューム画像を記憶部４１に記憶させる方法を取っている。
【００５５】
図４は、フルボリューム画像の合成方法（第１の方法）の説明図である。図４（ａ）は、心拍周期の変動に伴ってＥＣＧトリガ信号の周期が変動する様子を例示している。サブボリューム毎の繰り返し走査は、ＥＣＧトリガ信号を基準に開始されるため、ＥＣＧトリガ信号の周期が変動すると、その周期内で走査可能な繰り返し走査数（最大時相番号）も心拍周期ごとに変化することになる。図４（ｂ）はこの様子を示しており、最大時相番号は、例えば１４〜２３の範囲で変化している。
【００５６】
図４（ｃ）は、サブボリュームＡ〜Ｄの走査によって得られるサブボリューム画像が画像合成部４０に入力される順序を示している。図４（ｃ）に示した例では、フルボリュームを４回連続して走査する期間分のデータが入力されている。この期間のデータが記憶部４１に保存される。フルボリュームの１回の走査では、サブボリュームＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤの４つのサブボリュームが走査されるため、記憶部４１には１６のサブボリューム画像が一時的に記憶されることになる。この場合、同じサブボリュームに対して夫々４つのサブボリューム画像が保存されることになる。
【００５７】
心拍周期を１秒と仮定すると、１６秒分のサブボリューム画像データが記憶部４１に記憶される。記憶部４１の容量が一杯になった場合には、時刻の古いデータから消去され、新しく入力されたサブボリューム画像データによって更新されていく。
【００５８】
従来、フルボリューム画像を合成するときには、画像合成部４０に入力される時刻の直近の過去の４つのサブボリュームＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤのみを用いて合成していた。例えば、図４（ｃ）の最も左側の４つのサブボリュームＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤのみを用いて合成していた。このため、最大時相番号が２２、２０、１９、２１のように不揃いになり、最大時相番号近辺では、４つのサブボリューム画像Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤをつなぎ合わせることができない状況が発生していた。また、同じ時相番号、例えば時相番号１０のサブボリューム画像をつなぎ合わせたとしても、心拍周期が夫々異なっているため心臓の収縮や拡張の状態が夫々のサブボリュームで異なり、合成したフルボリューム画像の空間的な連続性が確保できなかった。
【００５９】
そこで、本実施形態に係るフルボリューム画像の合成方法（第１の方法）では、直近の過去４つという時間的な制約に拘束されることなく、記憶部４１に記憶された１６のサブボリューム画像の中から、心拍周期が略同一、或いは最大時相番号が略同一である４つのサブボリューム画像Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤを抽出してつなぎ合わせるようにしている。ここで略同一とは、完全同一、又は所定の基準値を中心として所定の閾値範囲内に入ることをいう。
【００６０】
図４（ｄ）の左端に示した例では、最大時相番号が２０である４つのサブボリューム画像Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤを選択し、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤの配列でつなぎ合わせてフルボリューム画像を合成している。
【００６１】
また、図４（ｄ）の中央と右端に示した例では、最大時相番号２０を基準値とし、時相番号が±１の範囲の４つのサブボリューム画像Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤを選択してフルボリューム画像を合成し、夫々次候補（１）、次候補（２）としている。完全に同一な最大時相番号を有するサブボリューム画像Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤが揃わない場合には、これらの次候補のうちのいずれかが最適な組み合わせとして選択されることになる。
【００６２】
本実施形態に係るフルボリューム画像の合成方法（第１の方法）によれば、最大時相番号がほぼ揃ったサブボリューム画像Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤを選択しているため、最大時相番号近辺で４つのサブボリューム画像Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤをつなぎ合わせることができないという状況の発生を低減することができる。また、合成される各サブボリュームの最大時相番号はほぼ揃っているため（即ち、心拍周期がほぼ同一のため）、合成したフルボリューム画像の空間的な連続性が高まる。
【００６３】
図５は、フルボリューム画像の合成方法（第１の方法）の第１の変形例を説明する図である。第１の変形例では、記憶部４１に記憶された１６のサブボリューム画像の中から、最小の最大時相番号（図５の例では、最大時相番号１７）を選択し、この最小の最大時相番号に近いサブボリューム画像を組み合わせてフルボリューム画像を合成している。そして、最小の最大時相番号よりも大きな時相番号のサブボリューム画像はフルボリューム画像の合成には使用しないようにしている。
【００６４】
第１の変形例によれば、最大時相番号近辺で４つのサブボリューム画像Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤをつなぎ合わせることができないという状況の発生は少なくとも防止することができる。
【００６５】
図６は、フルボリューム画像の合成方法（第１の方法）の第２の変形例を説明する図である。第２の変形例では、第１の変形例とは逆に、記憶部４１に記憶された１６のサブボリューム画像の中から、最大の最大時相番号（図６の例では、最大時相番号２３）を選択し、この最大の最大時相番号に近いサブボリューム画像を組み合わせてフルボリューム画像を合成している。そして、最大の最大時相番号に満たないサブボリュームに対しては、そのサブボリューム内における最大時相番号のサブボリューム画像を複写して補完するようにしている。
【００６６】
第２の変形例によれば、一部は擬似的なデータであるにせよ、第１の変形例に比べるとより多くの時相のデータを利用してフルボリューム画像を合成することが可能であり、最大時相番号近辺で４つのサブボリューム画像Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤをつなぎ合わせることができないという状況の発生も防止することができる。
【００６７】
図７は、フルボリューム画像の合成方法（第１の方法）の第３の変形例を説明する図である。第３の変形例では、記憶部４１に記憶された１６のサブボリューム画像に対して最大時相番号の平均値を求め（図７の例では、最大時相番号の平均値は２０）、この平均最大時相番号と同一、又は近似する最大時相番号のサブボリューム画像を組み合わせてフルボリューム画像を合成している。そして、平均最大時相番号に満たないサブボリュームに対しては、そのサブボリューム内における最大時相番号のサブボリューム画像を複写して補完し、平均最大時相番号を超えるサブボリュームに対しては、平均最大時相番号よりも大きな時相番号のサブボリューム画像はフルボリューム画像の合成には使用しないようにしている。
【００６８】
心拍周期の変動が発生したとしても、一般的には、心拍周期平均値の近傍の発生頻度が高く、平均値から大きく離れた心拍周期の発生頻度は少ないと考えられる。従って、第３の変形例では、記憶部４１に記憶されたサブボリューム画像の中から、同一或いは近似した心拍周期のサブボリューム画像を選択できる確率が高くなる。
【００６９】
第１の実施形態（各変形例を含む）では、サブボリュームの選択時期に関して大きく２つの手法がある。
【００７０】
第１の手法は、複数のサブボリュームデータを取得して保存した後（即ち取得したデータを一旦フリーズして）、サブボリュームの選択を行う手法である。この場合、予め選択のための条件を設定しておき、リアルタイムで動作中は従来の方法でフルボリュームの収集と表示を行い、フリーズと同時に設定した条件で自動的にサブボリュームの選択、並び替えを行って表示する。また、適宜のユーザインタフェースを設け、サブボリュームの選択、並べ替えをユーザの所望のタイミングで実施できるようにしてもよい。
【００７１】
第２の手法は、リアルタイムで動作中に上述したサブボリュームの選択と並べ替えを順次行っていく方法である。この場合、最初のフルボリュームが揃うまでは従来の方法でフルボリュームの収集と表示を行い、一旦フルボリュームが揃った後は、１つのサブボリュームのデータ収集が完了するたびに最適なサブボリュームの組み合わせを選択し直して表示させる方法である。また、この場合、リアルタイム性を損なわないために、サブボリュームの選択は収集している前のサブボリュームまでで実施し、更に１つ後のサブボリューム収集開始時に組み合わせを変更することでより実現性を高めることが可能である。
【００７２】
（４）フルボリューム画像の合成方法（第２の方法）
図８及び図９は、フルボリューム画像の合成方法（第２の方法）を説明する図である。第１の方法では、心拍周期（或いは最大時相番号）が略同一のサブボリューム画像を選択してフルボリューム画像を合成することによって空間的な連続性を高めている。これに対して、第２の方法は、隣接するサブボリューム画像同士での空間的相関性の高低を示す指標を直接演算によって算出し、空間的相関性の最も高いサブボリューム画像を選択してつなぎ合わせ、フルボリューム画像を合成している。
【００７３】
第２の方法は、複数周期分（例えば４周期分）のフルボリューム走査データを記憶部４１に記憶する。ここまでの処理は第１の方法と同じである。
【００７４】
次に、特定の時相番号（例えば、時相番号１０）のサブボリューム画像データを抽出する。図８（ｃ）の例示では、１６の特定の時相番号のサブボリューム画像が記憶部４１に記憶されている。これらのサブボリューム画像の中から、隣接するサブボリュームの空間的相関性の高いサブボリューム画像を選択して組み合わせていく。
【００７５】
図９はこの選択方法を説明する図である。図９は、既にサブボリュームＡとサブボリュームＢの組み合わせが決定しており、次にサブボリュームＢに隣接するサブボリュームＣを選択するときの方法を例示している。サブボリュームＣに相当するサブボリューム画像は、記憶部４１に４つ（サブボリューム画像Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）記憶されている。これらのサブボリュームＣ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に対して、サブボリュームＢとのつなぎ目における空間的相関性の高低を示す指標を夫々演算で求め、空間的相関性の最も高いサブボリューム画像Ｃを選択してサブボリューム画像Ｂにつなぎ合わせる。
【００７６】
空間的相関性の高低を示す指標として、例えば、つなぎ目のライン（図９の例では、サブボリューム画像Ｂのラインｎとサブボリューム画像Ｃのライン１）において互いに隣接する画素のレベル値の差（絶対値）の合計値、を定義することができる。この合計値がゼロに近い程空間的相関性が高いと考えることができる。
【００７７】
第２の方法では、隣接するサブボリューム画像の空間的相関性の高低を示す指標を直接演算によって求め、空間的相関性の最も高いサブボリューム画像をつなぎ合わせてフルボリューム画像を合成しているため、高い空間連続性を確保することができる。
【００７８】
（５）フルボリューム画像の合成支援方法
第１、第２の方法によるサブボリューム画像の組み合わせは、機械が（超音波診断装置１の画像合成部４０が）自動的に行うため、ユーザがフルボリューム画像を動画として視認した場合、その組み合わせがそのユーザにとって必ずしも最適なものとは限らない場合がある。
【００７９】
そこで、本実施形態に係る超音波診断装置１では、サブボリューム画像の組み合わせをユーザが変更したり、或いは異なる組み合わせで合成した複数のフルボリューム画像の中からユーザが最も適していると判断したフルボリューム画像を選択したりすることができる選択表示手段を提供している。
【００８０】
図１０は、この選択表示手段の一例を示す図である。超音波診断装置１は、フルボリューム画像の候補を並べて表示する候補画像表示手段２００ａ、及び２００ｂ、組み合わせの選択対象となるサブボリュームに「Ａ０」、「Ｂ０」等の識別情報を付して表示する選択対象表示手段２０１、選択するサブボリュームを指定するサブボリューム選択手段２０３ａ、及び２０３ｂ、選択されたサブボリュームを表示する選択サブボリューム表示手段２０４ａ、及び２０４ｂ、組み合わせるサブボリューム候補を変更する候補変更手段２０５ａ、及び２０５ｂ、並びに現在の組み合わせ状況を表示する組み合わせ表示手段２０６ａ、及び２０６ｂ等を有している。上記の各表示手段は、例えば表示部５０のディスプレイ画面上に表示させる手段である。また、各選択手段や変更手段は、例えば操作部８０に設けられる手段である。
【００８１】
候補画像表示手段２００ａ、及び２００ｂには、超音波診断装置１が選択した組み合わせによって合成されたフルボリューム画像が動画として表示される。例えば、図４（ｄ）の左端の組み合わせと中央の組み合わせによって合成されたフルボリュームを組合わせ候補１、及び組合わせ候補２として候補画像表示手段２００ａ、及び２００ｂに表示する。
【００８２】
ここでは、２つの候補フルボリューム画像を並べて表示する例を示しているが、３以上の候補フルボリューム画像を並べて表示してもよい。また、表示するフルボリューム画像自体は１つとし、複数の候補フルボリューム画像を適宜の切り替え周期で時間的に切り替えながら表示させるようにしてもよい。
【００８３】
ユーザは表示された候補フルボリューム画像を目視で確認し、候補の中からより適切なフルボリューム画像を選択することができる。
【００８４】
また、超音波診断装置１が選択した組み合わせをユーザが変更することも可能である。組合わせの変更は、サブボリューム選択手段２０３ａ、及び２０３ｂ、候補変更手段２０５ａ、及び２０５ｂ等の操作によって行う。変更された組合わせは、候補画像表示手段２００ａ、及び２００ｂに表示される候補フルボリューム画像に直ちに反映され、ユーザは変更の妥当性をリアルタイムで確認することができる。
【００８５】
以上説明してきたように、本実施形態に係る超音波診断装置１、及びその制御方法によれば、心拍周期の変動があったとしても合成画像の空間的時間的な不連続性を防止或いは低減することができる。
【００８６】
なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】３次元の超音波診断装置のビーム走査を模式的に示す図。
【図２】本発明に係る超音波診断装置の構成例を示すブロック図。
【図３】トリガード３次元診断モードの一般的動作概念説明図。
【図４】フルボリューム画像の合成方法（第１の方法）の説明図。
【図５】第１の方法の第１の変形例の説明図。
【図６】第１の方法の第２の変形例の説明図。
【図７】第１の方法の第３の変形例の説明図。
【図８】フルボリューム画像の合成方法（第２の方法）の第１の説明図。
【図９】フルボリューム画像の合成方法（第２の方法）の第２の説明図。
【図１０】フルボリューム画像の組合わせ候補の表示、選択手段の一例を示す図。
【符号の説明】
【００８８】
１  超音波診断装置
１０  超音波プローブ
１１  超音波振動子
２０  送受信部
３０  信号処理部
４０  画像生成部
４１  記憶部
５０  表示部
６０  システム制御部
７０  走査制御部
８０  操作部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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